Zařízení na úzkost v dýchání s monitorem srdečního tepu: 18 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

S tím, jak je svět zaneprázdněn, je každý ve stále silnějším prostředí. Vysokoškoláci jsou vystaveni ještě vyššímu riziku stresu a úzkosti. Zkoušky jsou pro studenty obzvláště stresovým obdobím a chytré hodinky s nastavením dechového cvičení se během zkoušek obvykle nesmí používat, protože mohou také psát text a připojovat se k internetu.

„Breathe Light“je zjednodušující zařízení zaměřené na úzkost, které nemá připojení k internetu a bude u zkoušek vítáno. Toto zařízení není specifické pro uživatele, což mu umožňuje snadné přizpůsobení jakékoli osobě, která potřebuje ovládání úzkosti. Použitím řady čtyř LED diod NeoPixel bude uživatel schopen provádět kroky k provádění dechových cvičení a také sledovat jejich srdeční frekvenci před a po cvičení, aby zjistil, zda se jejich úroveň stresu snižuje.

Krok 1: Potřebné materiály a nástroje

Materiály:

1. Adafruit Flora (14,95 USD)
2. Breadboard (5,00 $)
3. Adafruit NeoPixels (4) (7,95 $)
4. PulseSensor (25,00 USD)
5. Klipy aligátora (3,95 $)
6. Drátěné propojovací vodiče (3,95 USD)
7. Lithium-iontová polymerová baterie (9,95 USD)
8. Rezistor 220 Ohm (6,28 $)
9. Tlačítko (5,99 $)
10. Rozmanité lego ($ 10-$ 40) (Poznámka: nepotřebujete mnoho Lego)

Celkové náklady: (94–124 $)

Nástroje:

1. Software Arduino (ZDARMA) - povinný
2. Kleště na špičku jehly (~ 6 $) nebo kůžičky na kůžičku (~ $ 4)- doporučeno
3. Pájecí sada/materiály (~ $ 11)- Volitelné

Celkové náklady: ($ 15-17)

Krok 2: Příprava

Před zahájením projektu a použitím výše uvedených materiálů je důležité získat dobré znalosti o tom, co se používá.

Adafruitová flóra

Adafruit Flora je malý, jednoduchý a výkonný mikrokontrolér, který je užitečný jak pro začátečníky, tak pro odborníky. Je velmi malý (jen o málo větší než čtvrtina) a nositelný! Výše uvedený obrázek ukazuje diagram vývodů pro Adafruit Flora. Chcete -li se o Floře dozvědět více, navštivte následující odkaz:

learn.adafruit.com/getting-started-with-fl…

Adafruit NeoPixels

NeoPixels od společnosti Adafruit jsou individuálně adresovatelné LED diody RGB, které jsou navrženy speciálně pro nositelná zařízení. NeoPixely jsou řetězitelné, což znamená, že k připojení libovolného počtu LED diod potřebujete pouze jednopólové připojení k mikrokontroléru. Mohou být kódovány pro Arduino, ale vyžadují určitou praxi, výzkum a příkladovou pomoc online, aby se seznámili a přiměli NeoPixely, aby fungovaly tak, jak chcete. Různé kroky v následujícím odkazu jsou velmi užitečné, protože vás informují o tom, jak NeoPixels fungují, a poskytují tipy a příklady pro kódování pomocí Arduina.

learn.adafruit.com/flora-rgb-smart-pixels/…

PulseSensor

PulseSensor je snímač tepové frekvence typu plug and play pro Arduino, který shromažďuje data o živé srdeční frekvenci pro různé projekty, jako je tento! Knihovna, kterou lze stáhnout do Arduina (brzy se zobrazí níže), obsahuje ukázkové kódy, které vám pomohou stát se okamžitým odborníkem s implementací PulseSensor do projektu. Následující odkaz ukazuje další informace pro PulseSensor a popisuje příklady miniprojektů, pomocí kterých mohou osoby začít.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

Knihovny Arduino

Aby kód mohl komunikovat s Florou pro určité funkce a příkazy, musí být do Arduina nainstalovány následující knihovny pro různé elektrické komponenty. Ke stažení softwaru použijte buď tento odkaz, nebo odkaz v části „Úvod a spotřební materiál“

1. Hřiště PulseSensor

   (Poznámka: Příklad souboru Arduino „PulseSensor_BPM“byl užitečný při vytváření kódu pro Breathe Light)

2. Knihovna Adafruit NeoPixel

   (Poznámka: Příklad souboru Arduino „Strandtest“byl užitečný při vytváření kódu pro Breathe Light)

(Poznámka: Další pomoc s instalací knihoven naleznete na následujícím odkazu:

GitHub

GitHub je výkonná platforma, která umožňuje osobám vytvářet a sdílet software společně. Kód vytvořený pro Breathe Light je sdílen přes GitHub a je k němu přístup zde. Bude také odkazováno později v instruktáži v kroku 14. Ke knihovnám Arduino a výše uvedeným příkladům, které jsou nezbytné pro projekt, lze přistupovat také pomocí následujících odkazů na GitHub.

1. PulseSensor
2. NeoPixel

Další informace o tom, co je GitHub a proč je užitečné, najdete v tomto videu.

Krok 3: Bezpečnost

Při práci s jakýmkoli elektrickým obvodem, včetně toho, který vytvoříte v tomto projektu, je důležité porozumět všem protokolům elektrické bezpečnosti a dodržovat je, aby byl váš projekt bezpečný a zajistili, že nebudete v šoku. Následující seznam podrobně popisuje několik jednoduchých kroků, které je třeba dodržovat.

1. Při přemísťování a připojování vodičů k obvodu NENECHÁVEJTE Floru zapojenou do počítače.
2. Když se dotýkáte vodičů nebo jiných kovových součástí v obvodu, ujistěte se, že je napájení VYPNUTO, aby nedošlo k protékání vašeho těla proudem.
3. Tekutiny, potraviny a cokoli jiného, co by se mohlo rozlít, uchovávejte mimo váš okruh.
4. Před každým zapnutím zkontrolujte, zda nejsou roztřepené elektrické vodiče.

VAROVÁNÍ:

Toto NENÍ lékařské zařízení a nemělo by se používat v žádném klinickém prostředí, kde by bylo možné spoléhat na přesné měření srdeční frekvence. Navštivte svého lékaře, pokud chcete přesné údaje o srdečním tepu. Toto je jednoduše nástroj, který pomáhá osobám uvolnit stres, a neměl by být používán k diagnostice jakéhokoli stavu.

Krok 4: Rady a tipy

Níže uvádíme několik rad a tipů, které je třeba mít na paměti při stavbě Breathe Light.

Strategie odstraňování problémů

1. Pokud kód nefunguje správně, rozdělte různé funkce/části kódu a otestujte je, abyste zjistili, kde je problém.
2. Než skočíte s kódem a projektem, použijte ukázkové kódy uvedené v knihovnách Arduino pro PulseSensor a NeoPixels, abyste zajistili správnou funkci zařízení.
3. Před shromažďováním dat k odstranění potenciálního artefaktu pohybu se ujistěte, že má PulseSensor těsné a zabezpečené připojení.
4. Při zapojování používejte při připojování ke stejným portům stejně barevné vodiče, aby nedošlo k záměně.
5. Pomocí malých propojovacích kabelů zajistěte vodiče tak, aby při pohybu zařízení neztratily spojení.
6. Pokud máte přístup k páječce, zvažte její použití k zajištění drátových spojení, která nemusí správně fungovat.

Insights

• Chcete -li ušetřit čas, před použitím vodičů vyzkoušejte prototypové klipy na prototypování.

• Chcete -li ušetřit čas a frustraci, natáhněte kabely pevně a vytvořte pevné a stálé spojení s každým NeoPixelem.

  Lego je také velmi užitečné při zajišťování Flory a baterie

Krok 5: Montáž Část 1a

Začněte pomocí aligátorového klipu pro připojení portu č. 6 na FLORA. Poté použijte jiný aligátorový klip k připojení GND portu. Totéž proveďte s portem VBATT na FLORA.

Krok 6: Montáž Část 1b

Nyní připojte krokosvorku připojenou k portu 6 ke šipce směřující dovnitř na NeoPixelu. Připojte klip portu GND k (-) na NeoPixelu a klip k portu VBATT k (+) na NeoPixelu.

Tuto sadu jsme použili k otestování každého NeoPixelu, abychom zjistili, zda funguje, podle pokynů na stránce NeoPixel Adafruit.

Krok 7: Montáž Část 2

Jakmile potvrdíte, že každý z NeoPixelů je funkční, můžete začít stavět Breathe Light!

Začněte připojením vodičů k FLORA na VBATT, #12, #6, GND a #10. Abyste předešli nejasnostem, vyberte barvy, které budou odpovídat každému z portů. V následujících krocích je připojíme k prkénku.

Krok 8: Montáž Část 3

Dále začneme vyrábět řetězec NeoPixels. Stejně jako v prvním kroku nakonec připojíme (+) k portu VBATT, (-) k GND portu a šipky budou ukazovat směr toku signálu v linii NeoPixelů. Začal jsem posledním a vypracoval jsem se nahoru.

Nejprve přidejte vodiče k NeoPixelům v odpovídajících barvách. Na obrázku vidíte, že jsme použili bílou pro VBATT, zelenou pro GND a žlutou pro signál přicházející z portu #6. Pomocí kleští na špičku jehly drát omotejte kolem malých děr. Můžete také použít řezačky kůžičky, pokud nemáte snadno dostupné kleště na nos.

(Malé červené dráty na pozadí budou vysvětleny v následujících krocích. Zatím si s nimi nedělejte starosti.)

Krok 9: Montáž Část 4

Přidejte vodiče k ostatním NeoPixelům stejně jako u prvního. Ujistěte se, že řada šipek směřuje od portu č. 6 na FLORA ke spodní části řetězu.

Poté připojte každý z bílých vodičů k (+) kolíkům na desce a zelené vodiče k (-) kolíkům na desce. Ujistěte se, že spoje mají určité napětí k zajištění vodičů.

Krok 10: Montáž Část 5

Nyní připojte zelený vodič z GND k horní části kolíků (-). Připojte bílý vodič z portu VBATT k (+) kolíkům na desce a žlutý vodič č. 6 připojte na začátek řetězce NeoPixel.

Fialový vodič a červený vodič budou připojeny později.

(Červené vodiče v dolní části pomáhají vytvářet napětí mezi žlutými signálními vodiči mezi NeoPixely, ale možná je nebudete potřebovat podle toho, jak těsné jsou spoje)

Krok 11: Montáž Část 6

Dále připojíme tlačítko k našemu prkénku. Tím zahájíte měření srdeční frekvence a úzkostné dechové cvičení!

Umístěte tlačítko, jak je vidět na obrázku. Poté pomocí bílého vodiče připojte kolík horního tlačítka k (+). Umístěte odpor 220 ohmů mezi spodní kolík na stejné straně a (-) piny. Nakonec připojte červený vodič č. 10 k pravému dolnímu kolíku tlačítka.

Krok 12: Montáž Krok 7

Nyní připojíme snímač tepu! Připojte červený vodič senzoru k (+) pinům na desce a černý vodič senzoru k (-) pinům. Dále zapojte do stejné řady purpurový vodič senzoru a fialový vodič vycházející z portu #12.

Krok 13: Montáž Krok 8

S nejrůznějšími legy vybudujte platformu, na které bude FLORA sedět, a malou dutinu pro lithiovou baterii. Ujistěte se, že je na FLORA napětí, aby se žluté vodiče správně připojily. K tomu jsme použili žluté lego, které je vidět na obrázku výše.

Platforma Lego se bude lišit velikostí v závislosti na velikosti vašeho prkénka, ale ujistěte se, že FLORA může sedět naplocho, že je zde určité napětí se žlutými signálními dráty a že je zde dutina pro vložení baterie.

Krok 14: Montáž Krok 9

Pro dokončení montáže přidejte platformu Lego s FLOROU vedle prkénka. Připojte baterii k FLORA.

Krok 15: Sestavení Krok 10: Nahrajte kód a dokončete montáž

Posledním krokem je nahrání tohoto kódu do Breathe Light. Po nahrání kódu by mělo Breathe Light fungovat přenosně, když je aktivován vypínač ON uprostřed FLORA!

Jak získat kód z GitHub do Flora

1. Pomocí výše uvedeného odkazu se dostanete na web GitHub.

2. Klikněte na „Klonovat nebo stáhnout“

   Klikněte na „Stáhnout ZIP“

3. Uložte stažený soubor zip na požadované místo ve vašem počítači.
4. Otevřete v Arduinu soubor „Breathe_Light_V3.0“.
5. V části „Nástroje“na horní liště Arduino přejděte na „Board:“a vyberte „Adafruit Flora“
6. Nakonec (s Florou zapojenou do počítače) klikněte na „Nahrát“(šipka vpravo v horní části obrazovky)

Po dokončení výše uvedených kroků by měl být kód nahrán do Flory. Floru lze odpojit od počítače a Breathe Light je připraven k použití!

Krok 16: Sestavení Krok 11: Vysvětlení kódu

To je to, co kód dělá:

Nejprve kód shromáždí počáteční srdeční frekvenci subjektu pomocí PulseSensor a zobrazí ji prostřednictvím čtyř jednotlivých NeoPixelů, které jsou v řadě. Na základě detekovaného srdečního tepu se zobrazí určitá řada LED/barev. Pokud je například srdeční frekvence 76, budou tam 3 NeoPixely, které se rozsvítí modře. Tyto barvy/prahové hodnoty jsou subjektu poskytnuty prostřednictvím nálepky na zařízení (viz výše), aby věděli, jaký je jejich srdeční tep.

Poté, co je srdeční frekvence detekována, prochází úzkostným cvičením, které pomáhá při hlubokém, pomalém nádechu a výdechu. Na začátku tohoto cvičení jsou všechny čtyři LED diody zelené. Jak cvičení pokračuje, LED diody zmodrají jednu po druhé, což odpovídá tomu, kdy by měl subjekt vdechovat. Poté, co se rozsvítí všechny čtyři diody LED, bude subjekt zadržovat dech, a jakmile se diody LED změní na zelenou, budou moci pomalu vydechovat. Po provedení úzkostného cvičení kód znovu detekuje a zobrazí srdeční frekvenci osoby, aby určil, zda se dokáže uklidnit.

Krok 17: Schéma zapojení

Toto schéma zapojení bylo vytvořeno v EAGLE. Vše ve velkém obdélníku je mikroprocesor Adafruit FLORA. Má spoustu detailů, ale jako celek je obsažen v obdélníku. Všechny komponenty, které jsme přidali do FLORA, jsou pod velkým obdélníkem.

4 Neopixely lze vidět připojené k výstupu D6* FLORA. Tlačítko je připojeno k IO10* a pulzní senzor je připojen k FLORA přes port IO12*.

Krok 18: Další nápady

Existuje mnoho způsobů, kterými lze Breathe Light posunout dále, a zde je několik návrhů.

• Zajistěte, aby bylo možné jej nosit: Použijte čelenku nebo manžetu hodinek (jako je tato) a pomocí vodivého vlákna vytvořte všechna drátová spojení.
• Přidejte k funkci anxExercise () a vytvořte vizuálně přitažlivější dechové cvičení (například přidání více barev).
• Vyměňte jednotlivé NeoPixely za NeoPixel Ring nebo NeoPixel Array, abyste přidali více LED diod a zvýšili možnosti funkcí heartRateDisplay () i anxExercise ().